Building protection against the backdrop of current situation and growth perspectives for Polish mining industry

• Autorzy: Florkowska L.

Warianty tytułu

PL

Problematyka ochrony obiektów budowlanych na tle sytuacji i perspektyw rozwoju górnictwa w Polsce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper discusses issues involved in protecting buildings and utilities infrastructure located on areas affected by mining exploration. They have been presented against the backdrop of current situation and growth perspectives for Polish mining. Characteristics of Polish mineral deposits have been determined and the scale of mining-induced impact has been given as an aggregate mining areas and regions. Current situation and growth perspectives have been evaluated through analysing geological concessions granted by Ministry of the Environment. The nature of mining influences induced by underground coal - black coal being the most intensively explored mineral in the country - mining has been discussed. Building protection issues have also been presented from three angles: forecasting of mining influences, designing protections and structural health monitoring.

PL

Ochrona powierzchni i obiektów budowlanych przed niekorzystnym wpływem eksploatacji górniczej stanowi w naszym kraju istotny problem naukowy i inżynierski. Sytuacja ta związana jest z licznymi zasobami złóż kopalin użytecznych oraz z istniejącą strukturą pozyskiwania energii, której źródłem w ponad 80% jest węgiel (Gospodarka paliwowo-energetyczna..., 2009; Energetyka…, 2010) (rys. 1). Artykuł odnosi się do zagadnień związanych z ochroną zabudowy i infrastruktury technicznej na terenach objętych wpływami eksploatacji górniczej. Problematyka ta przedstawiona została na tle sytuacji i perspektyw rozwoju górnictwa w Polsce. W pracy wymieniono najważniejsze złoża kopalin występujących na terenie kraju oraz podano zasięg oddziaływania prowadzonego wydobycia. Zestawienie polskich zasobów bilansowych wybranych kopalin opracowane na podstawie danych zawartych w dokumencie Bilans Zasobów Kopalin i Wód Podziemnych w Polsce wg stanu na 31 XII 2010 r. podano w tabeli 1. Zasięg oddziaływania eksploatacji górniczej charakteryzuje sumaryczna powierzchnia zajmowana przez obszary górnicze w Polsce. Stanowi ona ponad 2,6% powierzchni całego kraju. Powierzchnia terenów górniczych wynosi natomiast ok. 5,3% (Sektorowy program..., 2005). Jest to ponad 17 200 km2 powierzchni objętej potencjalnymi szkodami górniczymi. Największa koncentracja wydobycia ma miejsce na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, gdzie występuje ok. 79% udokumentowanych zasobów bilansowych polskich węgli kamiennych - pozostających najintensywniej eksploatowaną w Polsce kopaliną. Sytuacja bieżąca oraz perspektywy rozwoju górnictwa w Polsce ocenione zostały na podstawie analizy koncesji geologicznych wydawanych przez Ministerstwo Środowiska. Zestawienia koncesji na wydobywanie złóż węgla kamiennego oraz koncesji na poszukiwanie i rozpoznawanie złóż gazu łupkowego w Polsce, wg stanu na dzień 1 czerwca 2012 r., podano w tabelach 2 i 3. Prowadzenie eksploatacji górniczej w tak dużej skali powoduje liczne problemy wynikające z jej oddziaływania na środowisko. W przypadku górnictwa podziemnego oddziaływanie to wynika przede wszystkim z naruszenia naturalnej struktury górotworu, co pociąga za sobą szereg następstw klasyfikowanych jako bezpośrednie i pośrednie skutki eksploatacji górniczej (Kwiatek, 1997; Florkowska, 2010a). Najbardziej odczuwalne pozostają niewątpliwie zmiany morfologii terenu i przekształcenia hydrogeologiczne, które powodują szkody w infrastrukturze technicznej oraz zabudowie a także wstrząsy (Firek & Wodyński, 2012; Walaszczyk i in., 2009). Podstawą ochrony zabudowy jest znajomość rodzaju i wielkości oddziaływań wywołanych planowaną eksploatacją. Ważne jest zatem, by umiejętnie prognozować skutki projektowanych robót górniczych, szczególnie w zakresie deformacji przypowierzchniowych warstw górotworu. Prawidłowe zabezpieczenie budynku zagrożonego wystąpieniem szkód górniczych wymaga spełnienia dodatkowych rygorów konstrukcyjnych, wynikających z konieczności zabezpieczenia konstrukcji przed niekorzystnymi deformacjami podłoża (Kawulok, 2005). Deformacje te mają swe źródło zarówno w bezpośrednim oddziaływaniu prowadzonych robót wydobywczych, jak i w zmianach właściwości podłoża następujących wskutek wielokrotnie powtarzających się procesów kształtowania się niecki górniczej. Prawidłowe wyznaczenie wielkości oraz rozkładów czasowo-przestrzennych tych oddziaływań ma podstawowe znaczenie dla profilaktyki szkód górniczych, bowiem stanowi zarówno podstawę projektowania zabezpieczeń jak i sprawdzania nośności konstrukcji istniejących. W przypadku obiektów o szczególnym znaczeniu, których koszty realizacji są pokaźne, zaś ewentualna awaria przynieść może ogromne straty, wskazane jest dokonanie indywidualnej, szczegółowej analizy, uwzględniającej specyficzne warunki geotechniczne, górnicze i konstrukcyjne inwestycji. Dobrym narzędziem tego rodzaju analiz jest modelowanie numeryczne. Istotnym elementem profilaktyki jest również stały nadzór i obserwacja stanu obiektu w trakcie ujawniania się głównych wpływów eksploatacji. Monitoring automatyczny jest w tym przypadku użytecznym narzędziem wspomagania nadzoru technicznego. W Instytucie Mechaniki Górotworu PAN opracowywana jest metodyka, która, poprzez połączenie symulacji numerycznej z systemem pomiarowym, umożliwia bieżące i zdalne śledzenie zmian stanu konstrukcji w trakcie oddziaływania górniczych deformacji podłoża (Florkowska, 2010; Kanciruk, 2005). Problem ochrony obiektu budowlanego przed oddziaływaniami wywoływanymi eksploatacją górniczą należy niewątpliwie do klasy trudnych zagadnień geotechnicznych. Wymaga zarówno opracowania trafnej prognozy tych oddziaływań, jak i prawidłowego wyznaczenia wywołanych nimi naprężeń w konstrukcji obiektu oraz zaprojektowania i wykonania skutecznych zabezpieczeń. Warto zauważyć, że problem ten pozostaje aktualny także w przypadku ograniczenia bądź zaprzestania działalności wydobywczej. Zagospodarowanie tzw. terenów pogórniczych już dzisiaj wymaga podejmowania odpowiednich działań i stosowania rozwiązań chroniących powstające obiekty przed procesami deformacyjnymi, które zachodzić będą w silnie naruszonym górotworze jeszcze w długim okresie czasu. Koszty szkód powodowanych przez górnictwo w obiektach budowlanych są w skali kraju niebagatelne. W roku 2010 wyniosły one ponad 350 mln złotych (Raport GUS „Ochrona środowiska 2011“). Niestety, niemal całość nakładów skierowana była na naprawę powstałych uszkodzeń. Zabezpieczenia i profilaktyka to, według wspomnianego raportu, niecałe 8% wymienionej kwoty. Z całą pewnością nie są to dobre proporcje. Wydaje się, że należałoby skierować więcej wysiłków w stronę poprawy procedur profilaktyki oraz prowadzenia badań naukowych mających na celu opracowywanie odpowiednich narzędzi prognozowania i monitorowania oddziaływań górniczych w obiektach budowlanych.

Słowa kluczowe

EN

mining damage; protection of buildings; mining; development of mining industry

PL

szkody górnicze; ochrona obiektów budowlanych; górnictwo; rozwój górnictwa

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, no. 3
• Strony: 645--655
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Florkowska L.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• Ajdukiewicz J., 2012. Automatyczny system monitoringu deformacji i osiadań korpusu autostrady A1. XXXV Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu i Geoinżynierii. Wisła - Jawornik, 5-9 marca 2012 (Automatic deformation and subsidencemonitoring systems for the A1 motorway. XXXV Winter School of Rock Mechanics and Geoengineering. Wisla - Jawornik, 5-9 May 2012).
• BRS manual No. 325/1993. Design of residential buildings and public buildings located in areas affected by mining-inducedtremors. BRS, Warsaw 1993 (Instrukcja ITB nr 325/1993: Projektowanie budynków mieszkalnych i użytecznościpublicznej podlegających wpływom wstrząsów górniczych. ITB, Warszawa 1993).
• BRS manual No. 332/1994. Design of steel warehouses located on mining area. Comments and examples. BRS, Warsaw 1994 (Instrukcja ITB nr 332/1994: Projektowanie hal stalowych na terenach górniczych wraz z komentarzemi przykładami. ITB, Warszawa, 1994).
• BRS manual No. 364/2007. Technical requirements toward buildings planned on mining areas. BRS, Warsaw 2007 (Instrukcja ITB nr 364/2007: Wymagania techniczne dla obiektów budowlanych wznoszonych na terenach górniczych. ITB, Warszawa, 2007).
• BRS manual No. 372/2002. Panel buildings affected by mining-induced surface deformation. BRS, Warsaw 2002 (Instrukcja ITB nr 372/2002: Budynki wielkopłytowe podlegające wpływom górniczych deformacji podłoża. ITB, Warszawa, 2002).
• BRS manual No. 380/2003. Diagnosing buildings within mining areas. Warsaw 2003 (Instrukcja ITB nr 380/2003: Diagnozowanie budynków zlokalizowanych na terenach górniczych. Warszawa 2003).
• BRS manual No. 391/2003. Design of buildings affected by mining-induced tremors. BRS, Warsaw 2003 (Instrukcja ITB nr 391/2003: Projektowanie budynków podlegających wpływom wstrząsów górniczych. ITB, Warszawa, 2003).
• Coal Information 2011. International Energy Agency. OECD/IEA 2011. ISBN 978-92-64-10209-5.
• Dubinski J., Tajdus A., 2007. Nowe wyzwania dla nauki górniczej w świetle przyszłych potrzeb polskiej gospodarki. Polityka Energetyczna, T. 10 (New challenges for mining science in face of future needs of Polish economy.
• Energy Policy. Vol. 10). Energy - selected problems. Volume I. Resources and energy demand forecasting. 2010. Topical paper OT-580. Chancellery of the Senate. Analyses and Documentation Office, Analyses and Research Papers Department, Warsaw (Energetyka- wybrane zagadnienia. Część I. Zasoby i prognoza zapotrzebowania na energię. 2010. Opracowanie tematyczne OT-580. Kancelaria senatu RP. Biuro Analiz i Dokumentacji, Dział Analiz i Opracowań Tematycznych, Warszawa).
• Energy statistics 2007, 2008. Central Statistical Office 2009. Warsaw (Gospodarka paliwowo-energetyczna w latach2007, 2008. GUS 2009. Warszawa).
• Environment 2011. Central Statistical Office report. Warsaw (Ochrona środowiska 2011. Raport GUS. Warszawa).
• Firek K., Wodynski W., 2011. Qualitative and quantitative assessment of mining impact influence on traditional developmentin the mining areas. Arch. Min. Sci. Vol. 56, No 2, p. 179-188.
• Florkowska L., 2010a. Land subsidence due to minig operations in disturbed rock mass, on the example of Ruda Slaska(Poland). Arch. Min. Sci., Vol. 55, No 3, p. 691-701.
• Florkowska L., 2010b. Zastosowanie numerycznej mechaniki nieliniowej w zagadnieniach ochrony budynków na terenach górniczych. Arch. Min. Sci., Monografia nr 11, Kraków (Non-linear numerical mechanics in issues of protectingbuilding located in mining areas. Arch. Min. Sci., Monograph no. 11, Crocow).
• Kanciruk A, 2005. Telemetryczny miernik strunowy TMS-1. Geotechnika w budownictwie i górnictwie. XXVIII Zimowa Szkoła Górotworu i Geoinżynierii, Szklarska Poręba, 13-18 marca 2005. Prace Naukowe Instytutu Geotechniki i Hydrotechniki Politechniki Wrocławskiej. Konferencje. Vol. 75, nr 41, 2005, str. 275-282 (Telemetric wire gaugeTMS-1. Geotechnics in building and mining. XXVIII Winter School of Rock Mechanics and Geoengineering, Szklarska Poreba, 13-18 March 2005. Scientific Papers of the Institute for Geotechnics and Hydrotechnics at Wroclaw University of Technology. Conferences. Vol. 75, No. 41, 2005, p. 275-282).
• Kawulok M., 2005. Obciążenie obiektów budowlanych spowodowane wpływami eksploatacji górniczej. Inżynieria i Budownictwo, nr 9/61 (2005), str. 503-506 (Buildings under mining-induced load. Building Engineering, no 9/61 (2005), p. 503-506).
• Knothe S., 1953a. Równanie profilu ostatecznie wykształconej niecki osiadania. Archiwum Górnictwa i Hutnictwa. Tom 1, Zeszyt 1 (Equation of subsiding trough’s curvature. Mining and Metallurgy Archives. Vol. 1, Iss. 1).
• Knothe S., 1953b. Wpływ czasu na kształtowanie się niecki osiadania. Archiwum Górnictwa i Hutnictwa. Tom 1, Zeszyt 1 (Time influence on formation of a subsidence through. Mining and Metallurgy Archives. Vol. 1 Iss. 1).
• Knothe S., 1984. Prognozowanie wpływów eksploatacji górniczej. Wyd. Śląsk, Katowice (Forecasting of mining exploration influences. Slask Publishing House, Katowice).
• Kowalewski J., 2010. Krytycznie o monitoringu bezpieczeństwa konstrukcji budowlanych. Materiały Konferencji „Problemy przygotowania i realizacji inwestycji budowlanych“. Puławy, 18-20 października 2010, str. 273-278 (Critically about structural health monitoring. Proceedings of the Conference „Preparing and implementing building investments“. Pulawy, 18-20 October 2010, p. 273-278).
• Kwiatek J. (ed.), 1997. Ochrona obiektów budowlanych na terenach górniczych. Wyd. GIG, Katowice (Protection ofbuildings in mining areas. GIG Publishing House, Katowice).
• Nagy S., Siemek J., 2011. Shale gas in Europe: the state of the technology - challenges and opportunities. Arch. Min. Sci., Vol. 56, No 4, p. 727-760.
• Sector operational program environment National Development Plan 2007-2013. Warsaw 2005 (Sektorowy program operacyjny środowisko Narodowy Plan Rozwoju 2007-2013. Warszawa 2005).
• The balance of mineral resources deposits in Poland as of 31.12.2011 Polish Geological Institute. 2010 (electronic document available at PGI website).
• Walaszczyk J., Hachaj S., Barnat A., 2009. Analiza spektralna drgań budynku wywołanych wstrząsami górniczymi. Górnictwo i Geoinżynieria. R. 33, z. 1, str.: 591-604 (Spectral analysis of building vibration caused by mining-inducedtremors. Mining and Geoengineering. R. 33, z. 1, p. 591-604).
• Witakowski P., 2010. Bezprzewodowy monitoring obiektów budowlanych. Materiały IX Sympozjum „System kompleksowego zarządzania jakością w budownictwie“. ITB. Warszawa (Wireless structural health monitoring. Proceedings of the IX Symposium „Comprehensive quality assurance systems in the building industry“. ITB. Warsaw).
• Yearbook for Poland 2011. Year LXXL. Central Statistical Office. Warsaw 2011 (Rocznik Statystyczny Rzeczpospolitej Polskiej 2011. Rok LXXI. GUS. Warszawa 2011).